《地铁施工技术》教学设计

《地铁施工技术》课程教学设计二级学院：教研室：教师：学院年月目录TOC\o"1-2"\h\z\u任务1城市轨道交通路网规划与设计 1任务2地铁区间结构设计 6任务3地铁车站建筑与结构设计 12任务4钻孔灌注桩基坑围护结构的施工工序 16任务5土钉墙围护结构施工工艺 19任务6明挖法地下结构施工防水 23任务7地下连续墙围护结构施工 27任务8盖挖顺作法车站施工 30任务9超前支护与地层预处理施工 33任务10台阶法施工 36任务11分部开挖法施工 40任务12初期支护施工 43任务13防水层施工 51任务14二次衬砌施工 56任务15监控量测 63任务16盾构始发 68任务17盾构掘进 73任务18盾构管片拼装 77任务19盾构管片背后注浆与防水 80任务20盾构到达 84任务21沉管法施工 87任务22桥梁基础施工 90任务23桥梁墩台施工 95任务24桥梁上部结构施工 98任务25无砟轨道施工 102任务26无缝线路铺设 107任务27整体道床道岔铺设 109PAGE6任务1城市轨道交通路网规划与设计一、任务描述 地铁车站客流量调查表的制作，并进行实地客流量的调查；然后根据客流量的调查数据做近远期客流量的预测；最后根据客流情况确定路网的形式。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.具备客流量调查和预测的能力；2.具备路网规划设计能力；3.具备线路设计的能力。1.学会客流量预测的方法；2.掌握路网规划设计原则；3.掌握线路设计原则及要点。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《西安地铁路网规划图》、《地铁设计规范》、《西安地铁2号线客流量调查表》、《西安地铁2号线施工图》、“上海地铁1号线的客流量预测”案例。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法，以“上海地铁1号线的客流量预测”为例。2.实施步骤第一步：介绍客流量预测的意义、目的、步骤和方法；第二步：以“上海地铁1号线的客流量预测”为例，讲解具体的客流量预测的计算。第三步：布置任务，学生分组，制作客流量调查表，实地调查西安地铁2号线凤城五路站的客流。第四步：根据客流量调查表和客流量近远期的预测数据，做路网的规划设计。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思客流量的预测是一个难点，学生应该学会熟练运用不同的预测方法进行相关计算，教师在案例讲解过程中要细致全面。八、知识准备1．轨道交通客流量预测1）客流量预测的意义和目的城市轨道交通建设的目的是为了满足城市居民不断增长的出行需求。这种需求数量的变化随着交通状况、路网建设、不同交通方式的竞争而呈动态性变化。城市轨道交通建设的模式和规模要适应近期城市交通的需求，又要适应远期城市交通发展的要求，因此，在研究城市当前客流量特点和规模的基础上，进行城市客流量预测是十分必要的。2）客流量发展的主要决定因素（1）城市土地利用。（2）城市社会经济的发展。（3）城市外向型经济的发展。（4）城市交通设施建设的自身发展。3）客流量预测的思路和方法进行客流量预测，首先要开着那详尽的交通调查，收集与客流量预测相关的各种基础资料并进行统计分析，确定有关参数，然后在此基础上建立科学的预测模型，通过计算机方针，最后得到预测结果。交通调查资料的收集与分析。交通调查主要包括居民出行调查、道路交通状况调查、公交线路随车调查、社会经济调查4个方面。常用预测技术。eq\o\ac(○,1)指数平滑法、比例增长法和多元回归法。eq\o\ac(○,2)吸引范围法。eq\o\ac(○,3)吸引系数法。eq\o\ac(○,4)转移曲线法。2．以“上海地铁1号线的客流量预测”为例3．城市轨道交通路网的规划与设计1）轨道交通基本概念客运量、客流、居民流动度、运程、客流密度、车辆容量、列车编组数、列车容量、列车行车间隔、通过能力、输送能力。2）轨道交通路网结构型式根据城市现状与规划情况编制的路网中各条线路组成的几何图形一般称路网结构型式。其型式一般要与城市道路网的结构型式相适应，但在选定时，首先应考虑客流主方向，并为乘客创造便利条件，以便吸引更多的乘客。路网结构型式布置适当与否，直接关系到路网建成后的经济效益、社会效益和交通服务质量。为此，在设计路网时，不但要考虑各线的具体情况，更要考虑路网的整体布局，也就是要考虑路网总的结构型式是否合理。目前-世界各国城市的快速轨道交通路网结构型式比较繁杂，但从几何图形上分析，大致可归纳为放射型、环线型、混合型路网等，各种几何结构图形见图2。图1轨道交通路网几何结构图形3）换乘站在路网设计中的重要作用在轨道交通路网中,2条或多条线路构成的交叉点即换乘站在路网设计中有着特殊重要的地位和作用。从日常的路网运营状况看,线路之间交叉点的个数、位置决定着路网的形态,影响着路网中各换乘站客流量的大小、乘客的换乘地点、出行时间及方便程度,从而影响了整个路网的运输效率。从交通与城市发展的相互作用关系看,换乘站处有更大的客流上下,因此与一般车站相比而言,换乘站处土地利用价值会超常升值,并对周围的土地利用格局和规模产生深远的影响,最终可能会导致整个城市布局结构体系的变化和调整。例如,东京山手线上的新宿站,由于有7条以上的轨道交通线路在此交汇,不久便由一般的城市区域逐步发展成东京都重要的城市副中心。目前欧美流行的停车—换乘方式在不久的将来很可能成为我国的现实,那时换乘站在城市发展中的作用及地位将显得更加重要。我国目前在大力发展汽车业,即使在上海这样的路面交通比较拥挤的大城市,汽车保有量也将获得较大的增长。根据有关规划资料,预计上海未来的汽车保有量水平将由1996年的40余万辆发展到100万～150万辆。尽管上海市的道路网络还将大规模建设,但绝不可能在市中心区容纳成倍增长的汽车拥有量,其结果必然是把大量的小汽车排斥在市中心区之外，这个界限很可能是目前的内环线或轨道交通环线。这样，轨道交通环线即目前的东方明珠线的环线部分上的车站，尤其是那些未来与其他轨道交通线交叉的那些车站，将成为有大量乘客换乘的场所。如果在车站附近规划停车场，将会更加增大这些车站的客流量。相应地，地面交通线路的站点也倾向于在此处布设，进一步增加换乘站附近地区交通的可达性及机动性，随后，其附近地区的土地利用便开始发生重大的变化。因此，在轨道交通路网规划中，要非常慎重地选择换乘站的位置，而且只依靠交通部门的努力是不够的，必须与城市规划部门一起紧密协作，从城市长远发展的战略高度上认识换乘站位置对城市规划结构的重要影响，合理选择换乘站位置，并对其周围空间进行长远而周密的规划。4）路网规划设计原则（1）路网中的规划线路走向应与城市交通中的主客流方向一致。（2）路网规划要与城市发展规划紧密结合，并适当留有发展的可能性。（3）规划线路要尽量沿城市干道布设。（4）路网中的线路布置要均匀，线网密度要适当，乘客换乘要方便，换乘次数要少。（5）路网要与城市公共交通路网相衔接，以充分发挥各自的优势，为乘客提供优质交通服务。（6）路网中各条规划线上的客运负荷量要尽量均匀，避免个别线路负荷过大或过小的现象。（7）在选择线路走向时，应考虑沿线地面建筑的状况，要注意保护国家重点历史文物古迹和保护环境。（8）车辆段是快速轨道交通车辆停放和检修的基地，在规划线路时，一定要同时规划好其位置和用地范围。（9）环线的设置要因地制宜，不可生搬硬套。（10）在确定路网规划中的线路修建程序时，要与城市建设计划和旧城改造计划相结合，以保证快速轨道交通工程建设计划实施的可能性和连续性以及工程技术与经济上的合理性。5）路网线的规划（1）选定线路走向选定路网中各条线路的走向是网线规划的主要内容。一般应结合城市道路网和客流流向情况,沿城市主干道和主客流方向布设线路,其路由要尽量经过大的客流集散点,如商业中心、文化娱乐中心、对内对外交通抠纽和大的居民住宅区等。在确定线路起始点位置时,要预留向城市周围集团城镇延伸的可能性,以适应城市远景发展的需要。尤其对一个正在发展中的城市,一定要注意将路网设计成“开放式”而不是“封闭式”的,即路网中的线路端点,根据城市规划需要,要设计成可向外延伸而不是往里收缩的型式。（2）路网规模路网规模由路网的线路数量和线路总长度2部分组成。线路数量可根据各城市的干道网情况和主客流方向选定。但线路长度,一个城市究竟要规划多少条线路才比较经济合理，这是路网规划设计中比较关注的问题。目前,国内还没有这方面的具体规定,一般按下列集中方法计算其长度。6）路网设计的技术要点影响快速轨道交通路网设计的因素较多,其中一些主要技术要点有:eq\o\ac(○,1)路网应在城市总体规划的基础上,根据远期客流量预测分析,正确地把握土地利用与交通之间的相互关系,合理选择路网布局,使之能适应城市未来的发展要求。eq\o\ac(○,2)轨道交通线路应考虑与其他城市地面公共交通、城市对外客运交通枢纽(如火车站、轮船码头、长途汽车站、航空港等)的联系,以适应城市总体规划的交通结构。如瑞士建立高速城市交通系统,将地铁与欧洲高速铁路相连,在旅行时阃、运输量、费用和安全方面取得了很好的效果。eq\o\ac(○,3)快速轨道交通线路要沿主要客流方向布设,并尽可能经过大型客流集散点,如主要工业区、大型住宅区、商业、文化中心、公交枢纽、机场、火车站、码头、长途汽车站等，便于乘客直达目的地,应尽量减少换乘。eq\o\ac(○,4)为加强中心城对周围区域的辐射力及吸引力,线路应贯通市中心。一般贯通市中心的线路称为直径线。而一端终点位于市中心的线路称为半径线。从路网体系及线路运输效率方面来看,以直线为宜。eq\o\ac(○,5)线路尽量沿城市道路干线走向,一方面便于吸引沿线地面交通量,另一方面便于施工。因为无论线路是位于地上还是地下,线路的拆迁工程量较小,不会遇到高层建筑的桩基等问题,还可降低土地使用费,易于维修管理等优点。此外,随着近年盾构法施工设各、工艺水平的提高,在道路下方修建暗挖隧道会对干线道路产生重大影响。eq\o\ac(○,6)力争多设换乘点,尽量使得城市内任意起终点间的乘客出行至多换乘1次即可到达目的地,即尽量避免换乘2次及其以上的情况,因为这会使旅客在途时间大大增加。同时,为提高运输效率,换乘点应分散布置，不宜过分集中。eq\o\ac(○,7)选择线路走向要考虑城市的自然、人文、地理等制约条件。尽可能选择较好的地形、地质条件,保护历史文物,减少对重要地面建筑和地下构筑物的影晌。eq\o\ac(○,8)线路经过中心城区时,宜以设地下线路为主,从而减少拆迁征地、噪音、振动及其与城市道路交通的相互干扰；经过郊区时,在不破坏自然风景的前提下,宜选择地面或高架形式,以降低建设成本。eq\o\ac(○,9)规划线路时要考虑车辆段、停车场的位置和连接两线路之间的联络线；若几条线路共用一个车辆段时，应设置连接两线的联络线。eq\o\ac(○,10)在现阶段规划我国城市轨道交通时,规划线路应涉及城市开发区及新的规划区域,因为我国现在仍是发展中国家,城市化水平还不高,城市的发展还要经历较长时期。城市地域规模在快速膨胀,许多郊区地带虽然目前客流、车流都很少,但如果在这里规划一些大型集散点,如体育馆、游乐园、大型居民区等,在它们实施后就会引来大量的客流、车流,以缓解市中心区域的交通拥挤和人口密度过大等问题。7）线路设计地铁线路的走向与埋深，收工程地质和水文地质条件、地面和地下空间现状等影响较大，直接关系到造价高低和施工的难易程度。eq\o\ac(○,1)线路选线线路选线即是路网规划及预可行性研究阶段的内容，也是可行性研究阶段的内容，包括线路走向、线路路由、车站分布、辅助线分布、线路交叉形式、线路敷设方式等的选择。eq\o\ac(○,2)线路方向及路由选择需要考虑的主要因素有：线路的作用、客流分布于客流方向、城市道路网分布状况、隧道主体结构施工方法、城市经济实力。eq\o\ac(○,3)线路的平面与纵断面PAGE12任务2地铁区间结构设计一、任务描述工程背景：“北京地铁8号线清河小营站~永泰庄站区间”的工程概况和地勘资料。根据已知的地勘参数，确定区间结构的施工方法，并进行结构选型。做区间结构力学计算，并以书面形式表现出来。绘制区间结构的施工图。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1．具备结构力学计算的能力；2．具备结构选型、确定施工方法的能力；3．具备区间结构识图和绘图的能力。1.学会区间结构计算；2.掌握区间隧道衬砌结构形式与构造要求。三、建议学时建议6学时。四、学习资讯《地铁设计规范》、《西安地铁2号线施工图》、“北京地铁8号线清河小营站~永泰庄站区间结构设计”案例。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法，以“北京地铁8号线清河小营站~永泰庄站区间结构设计”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“北京地铁8号线清河小营站~永泰庄站区间”的工程概况和地勘资料。第二步：介绍区间隧道的结构形式。第三步：以“北京地铁8号线清河小营站~永泰庄站区间结构设计”为例，讲解区间结构的选型和结构计算。第四步：布置任务，学生分组，根据地勘参数确定结构形式，做结构计算并绘制结构施工图。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思区间隧道结构计算模型的确定是重点，结构计算是难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。八、知识准备1．地铁区间隧道选型的原则（1）区间隧道即连接两个车站之间的隧道；（2）区间隧道的走向和埋深，受到工程地质和水文地质条件、地面和地下环境影响，施工方法等因素制约，直接关系到造价的高低和施工的难易；（3）地铁区间隧道结构包括：行车隧道、渡线、折返线、地下存车线、联络线以及其它附属建筑物；（4）地铁区间隧道衬砌结构与构造主要取决于隧道的用途、沿线地形、地物、水文地质、工程地质、施工方法、环境要求、维修管理、工期要求以及投资高低等因素。2．地铁区间隧道的结构形式（1）明挖法修建的地铁区间隧道结构形式1）整体式衬砌结构2）装配式衬砌结构3）区间喇叭口隧道4）渡线隧道、折返线隧道5）联络通道及其他附属结构图1矩形断面（2）矿山法修建的地铁区间隧道结构形式图2马蹄形断面（3）盾构法修建的地铁区间隧道结构形式图3圆形断面图4矩形结构断面的建筑限界图（4）特殊地段区间隧道结构形式沉埋结构（穿越江、河、湖、海）、顶进法施工（穿越铁路、地下管网等）。常采用矩形断面。3．地铁区间隧道的截面设计与构造（1）明挖法截面设计与构造明挖法区间隧道结构设计步骤:①内部净空尺寸的确定土建设计图应在此基础上另行考虑施工误差及结构变形等因素后拟定结构段面尺寸，以纸面向里为行车方向。②隧道结构断面厚度尺寸的拟定根据设计经验或模拟法，进行试算，先假定截面尺寸，然后进行计算，进行调整。（2）矿山法截面设计与构造1）区间隧道衬砌横断面形状①用矿山法修建的区间隧道的界面尺寸应符合建筑限界要求，还要考虑施工﹑测量误差以及结构固有的变形量，可按工程模拟法确定，无资料时按下表所示；②Ⅱ﹑Ⅲ级围岩变形量很小，设计时不考虑；曲线段时内轮廓需加宽。③理论和实践经验得出：a.当区间隧道衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平荷载时，衬砌拱部轴线采用单心圆弧线或三心圆弧线，墙部可采用直线；b.当衬砌承受竖向荷载的同时，还承受较大的水平荷载，结构轴线用多段圆弧连接而成。表1预留变形量(cm)围岩类别单线隧道双线隧道Ⅳ3~55~7Ⅴ5~77~10Ⅵ特殊设计特殊设计2）衬砌截面尺寸拟定①包括初期支护的各设计参数以及二次衬砌的各设计参数；②初期支护采用工程模拟法拟定；③一般的二次衬砌采用C20素混凝土，20～30cm即可；④将围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸5～10m；⑤初期支护与二次衬砌的结构缝应设在一起。表2复合衬砌初期支护的参数设计围岩类别单线双线Ⅱ喷射混凝土厚度5~10cm设置锚杆，长度2.0m，间距1~1.2m，必要时局部设置钢筋网喷射混凝土厚度10~15cm设置锚杆，长度2.5m，间距1~1.2m，必要时配置钢筋网Ⅲ喷射混凝土厚度10~15cm设置锚杆，长度2.0~2.5m，间距1m，必要时配置钢筋网喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2.5~3.0m，间距1m，设置钢筋网Ⅳ喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2.5m，间距0.8~1m，配置钢筋网，应施作仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3~3.5m，间距0.8~1m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，仰拱Ⅴ喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3.0m，间距0.6~0.8m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，应施作仰拱通过实验或计算确定图5单线马蹄形隧道建筑限界图（3）盾构法截面设计与构造1）横截面内轮廓尺寸根据建筑限界﹑施工误差﹑道床类型﹑预留变形量等条件，还要考虑最小曲线半径问题。2）管片厚度一般为(0.05～0.06)D,上海为350mm,广州为300mm3）管片宽度1000～1500mm4）管片类型与结构依据材料或形状或其他方面分类5）管片接缝类型与结构有螺栓连接﹑无螺栓连接6）衬砌环的分块①若干标准管片(A),两块相邻管片(B)﹑一块封顶管片(K）；②若干A型管片,一块B型管片﹑一块K型管片；③封顶块的拼装方式有径向楔入和纵向插入两种；④衬砌环的拼装方式有通缝和错缝两种。7）螺栓和注浆孔的配置①分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种；②螺栓直径一般为16～36mm.螺栓孔直径须大于螺栓4～8mm；③注浆孔直径为50～100mm。8）隧道防水①基本原则是以防治为主堵漏为辅多道防线因地制宜综合治理；②允许渗漏量每昼夜部大于0.1L/m2；③管片采用C50，抗渗等级部低于S6。图6管片分块方法图7圆形隧道建筑限界图4．地铁区间隧道结构设计方法表3区间隧道结构设计序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法1明挖法矩形和直墙拱形现浇钢筋混凝土、预制钢筋混凝土砌块软弱土层中弹性连续矩形、拱形框架，结构力学方法或假定抗力结构力学方法2矿山法(钻爆法、凿岩机掘进法)拱形、直墙拱形和圆形钢拱架、喷射混凝土锚杆支护、现浇钢筋混凝土复合衬砌、预制钢筋混凝土砌块局部变形理论的弹性地基梁方法、反分析法、新奥法、数值分析方法3盾构法圆形钢、铸铁、钢筋混凝土(或钢纤维)管片地层衬砌位移协调弹塑性解析解，数值分析法、弹性无铰自由变形圆环、弹性多铰局部抗力约束圆环4顶管法圆形或矩形钢筋混凝土预制管段同35沉管法矩形预制钢筋混凝土箱段同16配合上述施工方法的辅助工法：①注浆加固；②降低水位③冻结法；④管棚法圆形、直墙拱形、矩形钢拱架临时支护，现浇钢筋混凝土的衬砌支护同2PAGE114PAGE113《地铁施工技术》标准化教案任务3地铁车站建筑与结构设计一、任务描述工程背景：“北京地铁8号西三旗南站结构设计”的工程概况和地勘资料。根据已知的地勘参数，确定车站结构的施工方法，并进行结构选型。做车站结构力学计算，并以书面形式表现出来。绘制车站结构的施工图。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1．具备结构力学计算的能力；2．具备结构选型、确定施工方法的能力；3．具备车站建筑与结构识图和绘图的能力。1.掌握结构计算的基本原理；2.掌握车站建筑的设计原则；3.掌握车站结构形式与构造要求。三、建议学时建议6学时。四、学习资讯《地铁设计规范》、《西安地铁2号线施工图》、“北京地铁8号西三旗南站结构设计”案例。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法，以“北京地铁8号西三旗南站结构设计”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“北京地铁8号西三旗南站结构设计”的工程概况和地勘资料。第二步：介绍车站主体结构的形式；第三步：以“北京地铁8号西三旗南站结构设计”为例，讲解车站主体结构的选型和结构计算。第四步：布置任务，学生分组，根据地勘参数确定车站主体结构形式，做结构计算并绘制结构施工图。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思车站主体结构计算模型的确定是重点，结构计算是难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。八、知识准备1．地铁车站建筑设计大型轨道交通系统的车站一般由4部分组成：①车站大厅及广场，它通常是乘客、游客和商人聚集的地方。②售票大厅，为乘客出售列车客票。③站台，直接供乘客乘降车使用。④旅客不能到达的地方，如车站办公室、仓库、维修设施及铁路股道等。对城市轨道交通来说，车站一般包括主体、出入口及通道、通风道及风亭(地下)和其他附属建筑物。车站主体是列车的停车点，它不仅供乘客上下车、集散、候车，还是办理运营业务和运营设备设置的地方。车站主体原则上由站台、站房、站前小广场、垂直交通及跨线设备等组成。其中站台是最基本的部分，不论车站的类型、性质有何不同，都必须设置。其余3部分，一般情况都设置，但在某些特殊的情况下在满足功能要求的前提下，其中的某些部分可能被简略。城市轨道交通乘客的构成比铁路、公路简单，乘客在车站停留时间短，且没有行李寄存与货物运输等问题。在一般车站中旅客运送方向也基本上是往反方向。因此在车站乘客活动而形成的流线及车站服务设施都比较简单。在换乘站中客流流线就比较复杂些，大型枢纽站更应认真仔细分析旅客活动流线。2．地铁车站结构设计1）明挖法施工的车站结构（图1～图5）图1单层单跨车站横断面图图2单层三跨车站横断面图图3上下重叠车站横断面图图4明斯克地铁东站图5莫斯科地铁车站2）盖挖法施工的车站结构（图6）图6盖挖法车站横断面3）矿山法施工的车站结构（图7～图10）图7单拱车站横断面图8双拱塔柱车站横断面图9双拱立柱车站横断面图10三拱车站横断面4）盾构法施工的车站结构（图11）图11盾构车站横断面5）高架车站结构（图12）图12高架车站横断面6）换乘站结构（图13）图13换乘站横断面任务4钻孔灌注桩基坑围护结构的施工工序一、任务描述工程背景：“北京地铁8号永泰庄站围护结构钻孔灌注桩的设计与施工”的资料。根据已知的地勘参数，确定钻孔灌注桩的结构参数。做一个1:20的钻孔灌注桩的模型。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.具有钻孔定位测量的能力；2.具有钻孔的能力；3.具有灌注混凝土的能力；4.具有语言表达、逻辑思维和团结协作能力；5.具有编写施工技术交底的能力。掌握钻孔灌注桩基坑围护结构的施工工序。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《钻孔灌注桩技术规范》、《建筑桩基技术规范JGJ94-94》、《建筑地基基础设计规范GBJ50007-2002》、《建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002》、“北京地铁8号永泰庄站围护结构钻孔灌注桩的设计与施工”案例。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“北京地铁8号永泰庄站围护结构钻孔灌注桩的设计与施工”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“北京地铁8号永泰庄站围护结构钻孔灌注桩的设计与施工”资料。第二步：介绍钻孔灌注桩的施工工艺；第三步：以“北京地铁8号永泰庄站围护结构钻孔灌注桩的设计与施工”为例，讲解钻工灌注桩的技术交底文件的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据已知的地勘参数，确定钻孔灌注桩的结构参数。做一个1:20的钻孔灌注桩的模型。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思确定结构尺寸是一个难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过做模型，提高学生的动手能力和对钻孔灌注桩的工艺流程的掌握。八、知识准备1.钻孔灌注桩的施工1)钻孔灌注桩干作业成孔施工对于地下水位以上的一般黏性土、砂土及人工填土地基的钻孔灌注桩,可采用干作业成孔法施工,即非泥浆无循环钻进法。图1干作业法成孔施工工艺流程图2)钻孔灌注桩湿作业成孔施工钻孔灌注桩的湿作业成孔法,适用于一般黏性土、淤泥和淤泥质土、砂性土和碎石类土,尤其适用于地下水位较高的土层中。灌注桩湿作业成孔施工工艺流程如图2和图3所示。图2灌注桩湿作业成孔施工工艺流程图图3钻孔桩成桩施工工艺图任务5土钉墙围护结构施工工艺一、任务描述工程背景：“诸暨市小商品市场二期工程基坑土钉墙支护施工方案”的工程概况和地勘报告。根据已知的地勘参数，确定土钉墙的结构参数；编制土钉墙施工方案。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.具有土钉制作、成孔的能力；2.具有编制钢筋网的能力；3.具有土钉注浆的能力；4.具有编制土钉墙施工方案的能力。1.学会土钉墙围护原理；2.理解并掌握土钉墙施工流程。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《复合土钉墙基坑支护技术规范》、《诸暨市小商品市场二期工程勘察报告》、《建筑地基基础设计规范GBJ50007-2002》、《建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002》。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“诸暨市小商品市场二期工程基坑土钉墙支护施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“诸暨市小商品市场二期工程基坑土钉墙支护施工方案”的工程概况和地勘报告；第二步：介绍土钉墙的施工工艺；第三步：以“诸暨市小商品市场二期工程基坑土钉墙支护施工方案”为例，讲解土钉墙支护施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据已知的地勘参数，确定土钉墙的结构参数；编制土钉墙施工方案。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思确定土钉墙的结构参数是一个难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制土钉墙的施工方案，提高学生的动手能力和解决问题的能力。八、知识准备1.土钉墙的施工流程土钉就是置于基坑边坡土体中，以较密间距排列的细长金属杆。土钉依靠它与土体接触面上的粘结力或摩擦力，与其周围土体形成一个有自承能力的挡土墙体系，承受未加土钉土体施工的侧压力，以保持基坑边坡的整体稳定性。土钉墙支护适用于地下水位以上或者经过人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土及饱和软土应采用复合型土钉墙支护。土钉墙支护中喷射混凝土面层的作用，除了可以稳定开挖面上的局部土体外，还可以防止土钉崩落和受到侵蚀。土钉体及面层构造见图1所示。图1钻孔注浆型土钉及面层构造土钉墙围护结构，近年来在北京、广州、深圳等城市的高层建筑深基坑中采用较多，在北京地下铁道西客站区间隧道以及成都地铁1号线、2号线的明挖基坑中也被广泛采用，取得较好的效果。土钉墙的施工流程如图2所示。图2土钉墙的施工流程2.土钉墙支护的特点（1）土钉墙支护时通过土钉与周围土体接触形成复合体。（2）土钉墙是原位土中的加筋技术，是从上到下的开挖过程中将土钉置入土体中，形成以土钉与其周围土体为一体的类似重力式挡土墙结构。（3）土钉墙支护采用边坡开挖支护，流水作业，施工快捷。（4）设备简单，操作方便，施工所需场地小，材料用量和工程量小，经济效益好。（5）土体位移小，可采用信息化施工，发现墙体变形过大或土质变化时可及时修改、加固或补救，确保施工安全。土钉墙支护的一般施工顺序为：在设计的基坑位置开挖一定的深度，在开挖面上设置一排按梅花形布置的土钉；注浆、喷射混凝土面层；继续向下开挖一定深度；重复上述步骤，直至所需的深度。有时根据需要还可以喷射第2层混凝土面层。土钉墙支护施工过程见图3。图3土钉墙支护施工过程3.土钉墙支护的设计参数最常用的土钉的施工方法材料可以是变形钢筋、圆钢、钢管及角钢等。土钉材料的置入可分钻孔置入、打入或射入方式。打入土钉的施工方法是用机械如振动冲击钻、液压锤等将角钢、钢筋或钢管打入土体。当打入的土钉不注浆时,其与土体接触面积小,且钉长受限制,所以布置较密。其优点是不需预先钻孔,施工速度快。射入土钉法是用高压气体作动力。注浆土钉一般是先钻孔,再置入土钉并注浆。其施工方法是将周围带孔、端部密闭的钢管打入土体后,从管内注浆,并透过钢管上的孔眼将浆体渗到周围土体提高土体的抗剪强度。土钉墙艾护的设计参数如下:(1)土钉长度。沿支护高度,土钉内力相差较大,一般为中部大-上部和底部小。中部土钉起的作用较大,但顶部土钉对限制支护结构最大水平位移更为重要,而底部±钉对抵抗基底滑动、倾覆或失稳有重要作用。另外,当支护结构临近极限状态时,底部土钉的作用会明显加强。因此将上下土钉取成等长,或顶部土钉稍长,底部土钉稍短是合适的。一般对非饱和土,土钉长度L与开挖深度H之比L/H=0.6～1.2,密实砂土及干硬性粘土取小值。为减少变形，顶部土钉长度宜适当增加。非饱和土底部土钉长度可适当减少,但不宜小于0.5H。对于饱和软土,由于土体抗剪能力很低,土钉内力因水压作用而增加,设计时取L/H>1为宣。(2)土钉间距。土钉间距的大小影响土体的整体作用效果,目前尚不能给出有足够理论依据的定量指标。土钉的水平间距盒垂直间距一般宜为1.2～2.0m。垂直间距依土层及计算确定,且与开挖深度相对应。上下插筋交错排列时,遇局部软弱土层的情况下词距可小于1.Om。(3)土钉直径。当采用钢筋时,一般为Φ18～Φ32mm的Ⅱ级以上螺纹钢筋。当采用角钢时,一般为∠50mm×50mm×5mm角钢。当采用钢管时,一般为Φ50mm钢管。(4)土钉倾角。土钉水平倾角一般为0°～20°,倾角大小取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。研究表明,倾角越小,支护的变形越小,但注浆质量较难控制。倾角越大,支护的变形越大,但倾角大有利于土钉插入下层较好的土层内。(5)注浆材料。注浆材料一般用水泥砂浆或水泥浆。水泥采用不低于Po42.5级的普通硅酸盐水泥,水灰比为1∶(0.4～0.5)。(6)支护面层。临时性土钉支护的面层通常用50～150mm厚的钢筋网喷射混凝土,混凝土强度等级不低于C20。钢筋网常用Φ6～Φ8mm的I级钢筋焊成15～30cm方格的钢筋网。永久性土钉墙支护面层-般厚度为150～25Omm,设两层钢筋网,分两次喷成。此外还可以根据地质条件采用复合型土钉墙支护。对自稳性很差的软弱土体,普通土钉墙支护有困难时应当考虑采用复合型土钉墙护。所谓复合型土钉墙支护,就是以钢管、钢板桩、水泥搅拌桩作为挡土防渗帷幕,并与土钉一起共同组成的支护结构。它可以解决土体的自稳性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题。复合土钉墙显然比普通土钉墙支护效果更好,可满足较大的基坑开挖深度,但造价较高。复合型土钉墙如图4所示。图4复合土钉墙简图任务6明挖法地下结构施工防水一、任务描述工程背景：“广州市轨道交通五号线区庄站”工程概况和地勘报告。根据已知的车站施工方法，选定防水材料；编制车站主体结构的防水施工方案。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.具有防水层施工的能力；2.具有防水板的铺设的能力；3.具有防水混凝土施工的能力；4.具有语言表达和团结协作能力。1.学会防水材料的选择方法；2.熟悉理解并掌握防水层、防水板的施工和铺设要求；3.掌握防水混凝土的施工工艺。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《广州市轨道交通五号线区庄站主体结构施工方案》、《地下工程防水技术规范》、《地下工程防水技术规范》、防水施工图。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“广州市轨道交通五号线区庄站明挖主体结构防水专项施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“广州市轨道交通五号线区庄站”工程概况和地勘报告；第二步：介绍防水材料，防水等级和防水的施工工艺；第三步：以“广州市轨道交通五号线区庄站明挖主体结构防水专项施工方案”为例，讲解地下防水施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据已知的车站施工方法，选定防水材料；编制车站主体结构的防水施工方案。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思确定防水材料是一个难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制防水施工方案，提高学生的动手能力和解决问题的能力。八、知识准备1.防水卷材2．结构防水层设计明挖结构外贴式防水层的构造如图1所示。图1明挖结构外贴防水层构造图我国《地铁设计规范》(GB50157一2003)中对明挖法施工的地下结构防水措施进行了相应的规定,具体见表1所示。表1明挖法修建的地下结构防水措施3．涂料防水防水涂料主要用于构筑物内外墙防水、装饰工程的防渗和堵漏。防水涂料一般按涂料的类型和成膜物质的主要成分进行分类:按涂料类犁分为溶剂型、水乳型、反应型3类;按成膜物质的主要成分分为以下5类:4．防水混凝土表2防水混凝土任务7地下连续墙围护结构施工一、任务描述工程背景：“武汉市轨道交通二号线范湖站”工程概况和地勘报告。根据地质条件，选用合适的地下连续墙成槽机械。根据地下连续墙的施工方案，编制成槽施工技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.具有制作钢筋笼的能力；2.具有配制泥浆的能力；3.具有灌注水下混凝土的能力；4.具有清晰的语言表达能力；5.具有与人沟通的能力。1.理解地下连续墙的定义；2.掌握地下连续墙的特点；3.掌握地下连续墙的施工步骤。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《武汉市轨道交通二号线范湖站主体结构施工图》、《地下连续墙施工工艺标准(J115-2004)》、《地下连续墙施工规程（DGTJ08-2073-2010）》和“武汉市轨道交通二号线范湖站地下连续墙施工方案”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“武汉市轨道交通二号线范湖站地下连续墙施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“武汉市轨道交通二号线范湖站”工程概况和地勘报告；第二步：介绍地下连续墙的成槽机械、地下连续墙的施工工艺；第三步：以“武汉市轨道交通二号线范湖站地下连续墙施工方案”为例，讲解地下连续墙施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据地质条件，选用合适的地下连续墙成槽机械。根据地下连续墙的施工方案，编制成槽施工技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思确定防水材料是一个难点，学生应该加强力学知识的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制防水施工方案，提高学生的动手能力和解决问题的能力。八、知识准备1．地下连续墙分类地下连续墙按其填筑的材料分为:土质墙、混凝土墙1钢筋混凝土墙(又有现浇和预制之分)和组合墙(预制钢筋混凝土墙板和现浇的混凝土的组合,或预制钢筋混凝土墙板和自凝水泥膨润土泥浆的组合)-按其成墙方式分为:排桩式、壁板式、桩壁组合式;按其用途分为:临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构兼做临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙。2．地下连续墙施工方法简述地下连续墙采用逐段施工方法,且周而复始地进行。每段的施工方法大致可分为5步(图1所示):图1地下连续墙施工程序示意图3．地下连续墙的结构与构造地下连续墙，按其受力特性，又可分为四种形式：1）仅用来挡土的临时围护结构构；2）既是临时围护结构又作为永久结构的边墙，即所谓单层墙；3）作为永久结构边墙一部分的重合墙；4）作为永久结构边墙一部分的复合墙。由于地下连续墙的作用不同，所以它和主体结构的连接方式也就不同，如图2所示。1）现浇钢筋混凝土壁板式连续墙连续墙厚度视地质条件、基坑深度、挖槽设备而定,有40cm、60cm、80cm、120cm等多种。国内多采用普通钢筋混凝土结构，为了保证混凝土在钢筋间自由流动，其间距应不小于80mm，保护层通常设计成：临时墙大于60mm，永久性墙体大于100mm。为了增加连续墙的抗弯能力,可采用预应力钢筋混凝土墙体。图2地下连续墙与主体结构结合方武2）预制钢筋混凝土连续墙预制墙板一般都是预应力钢筋混凝土，其形状和尺寸应符合墙的使用要求。其形状虽有多种变化，但其尺寸则受吊装能力限制。4．地下连续墙稳定性分析1）泥浆槽壁的稳定性分析2）基坑的稳定性分析基坑在施工过程中的失稳现象可分为：坑底隆起、流沙、管涌和土基隆起等。5．成槽设备成槽机具设备是地下连续墙施工的主要设备。由于地质条件变化很多，目前还没有一种可以适合所有地质条件的成槽机。因此，根据不同的土质条件和现场情况，选择不同的成槽机是极为重要的。目前使用的成槽机，按成槽机理可分为抓斗式、回转式和冲击式三种。主要的成槽机的分类见表1。表1主要成槽机分类6．地下连续墙的施工方法地下连续墙的施工有诸多工序组成,其中修筑导墙、泥浆的制备和处理、钢筋笼的制作与吊装以及水下混凝土浇注是主要的工序。图3地下连续墙施工工艺流程图任务8盖挖顺作法车站施工一、任务描述工程背景：“北京14号线平乐园车站”工程概况和地勘资料。根据线路条件、地质条件，选用合适盖挖法。根据盖挖顺作的施工方案，编写盖挖顺作法车站的施工技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.能结合具体工程，编制材料计划、工具计划、劳动力清单；2.能够根据地铁车站施工所处的地质条件等因素，独立完成盖挖顺作法施工交底书的编写；3.能够正确选择地铁车站盖挖顺作法施工分项检查内容及其标准，填写质量验收记录。1.了解盖挖顺作法施工地铁车站的结构特点；2.熟悉盖挖顺作法施工程序；3.掌握盖挖顺作法施工技术要点、施工过程中应注意的事项。三、建议学时建议2学时。四、学习资讯《北京14号线平乐园车站主体结构施工图》、《轨道交通工程施工规范》、《地下工程盖挖法施工规程》和“北京14号线平乐园车站盖挖法专项施工方案”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“北京14号线平乐园车站盖挖法专项施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“北京14号线平乐园车站”工程概况和地勘资料；第二步：介绍盖挖法的分类及其施工工艺；第三步：以“北京14号线平乐园车站盖挖法专项施工方案”为例，讲解盖挖法施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据线路条件、地质条件，选用合适盖挖法。根据盖挖顺作的施工方案，编写盖挖顺作法车站的施工技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思编制盖挖顺作法车站施工方案是一个难点，学生应该加强对盖挖顺作法车站施工要点的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制盖挖顺作法车站施工技术交底书，提高学生的分析问题和解决问题的能力。八、知识准备1.盖挖顺作法的特点（1）利用六四式军用梁以车站围护桩为支撑形成稳固的临时路面铺盖系统，确保道路交通不中断。（2）主体土方开挖及结构施工均在临时路面铺盖系统下进行，对周围的交通环境影响和噪声污染较小。（3）施工采用钢支撑与铺盖系统相结合的支护方式，施工安全系数较高。适用于路面交通不能长期中断且须确保一定交通流量要求的道路下地铁车站土建结构施工。2.施工步骤盖挖顺作法是在地表完成围护结构后,以定型的预制标准覆盖结构(包括纵梁和横梁及路面板)置于挡土结构上维持交通,往下反复进行开挖和加设横撑,直至设计标高。依次序由下而上建筑主体结构和防水,回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。如图1所示。图1盖挖顺作法施工步骤盖挖顺作法主要依赖坚固的挡土结构,根据现场条件、地下水位高低、开挖深度以及周围建筑物的临近程度,围护结构可以选择钢筋混凝土钻(挖)孔桩灌注桩或地下连续墙。对于饱和的软弱地层,应以刚度大、止水性能好的地下连续墙为首选方案。随着施工技术的不断进步,工程质量和精度更易于掌握,故现在盖挖顺作法中的围护结构常用作主体结构边墙体的一部分或全部。如开挖宽度很大,为了缩短横撑的自由长度,防止横撑失稳,并承受横撑倾斜时产生的垂苴分力以及行驶于覆盖结构上的车辆荷载和悬挂于覆盖结构下的管线重量,经常需要在修建覆盖结构的同时建造中间桩柱以支承横撑。中间桩柱可以是钢筋混凝土的钻(挖)孔灌注桩,也可以采用预制的打入桩(钢或钢筋混凝土的)。中间桩柱一般为临时性支撑结构,在主体结构施工完成时将其拆除。为了增加中间桩柱的承载力和减少其入土深度,可以采用底部扩孔桩或挤扩桩。定型的预制覆盖结构一般由型钢纵横梁和钢一混凝土复合路面板组成。路面板通常厚200mm、宽300～500mm、长1500～2000mm。为便于安装和拆卸,路面板上均有吊装孔。任务9超前支护与地层预处理施工一、任务描述工程背景：“纸坊隧道进口段”工程概况和地勘资料。根据线路条件、地质条件，选用合适的导管参数和注浆材料。根据超前小导管施工方案，编写超前预加固施工方案技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.能够根据工程所处的地质条件等因素,选择必要的辅助施土方法或其组合;2.能指导各类辅助施工方法施工;3.能够独立完成各种辅助施工方法施工工序技术交底书的编写。1.了解浅埋暗挖法的辅助施工方法的种类；2.熟悉浅埋暗挖法不同辅助施工方法程序;3.掌握浅埋暗挖法不同辅助施工方法技术要点及施工过程中应注意的事项;三、建议学时建议4学时。四、学习资讯《纸坊隧道结构施工图》、《铁路隧道工程施工技术指南》和“纸坊隧道进口段超前小导管施工方案”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“纸坊隧道进口段超前小导管施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“纸坊隧道进口段”工程概况和地勘资料；第二步：介绍超前支护与地层预处理的方法；第三步：以“纸坊隧道进口段超前小导管施工方案”为例，讲解超前小导管施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据线路条件、地质条件，选用合适的导管参数和注浆材料。根据超前小导管施工方案，编写超前预加固施工方案技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思编制超前预加固施工方案是一个难点，学生应该加强对不同辅助施工方法施工要点的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制超前预加固施工技术交底书，提高学生的分析问题和解决问题的能力。八、知识准备在城市地钵浅埋暗挖法施工中,经常遇到砂砾土、砂性土、黏性土或强风花基岩等不稳定地层。这类地层在隧道开挖过程中自稳时间短暂。隧道开挖工程中往往引起较大的地面沉降,初期支护也往往未来得及施作,或喷射混凝土还未获得足够强度时,拱墙的局部地层已经开始坍塌。为必需要采用地层预支护和预加固方法,来提高地层自稳能力,减少地表沉降。1.小导管超前注浆这是在地铁单线区间隧道开挖过程中常采用的方法。注浆小导管采用曲ø38～ø50的焊缝钢管制成,导管沿拱部开挖轮廓线120°范围布置,间距0.3m左右,外插角控制在5°～15°,如图1所示。图1小导管注浆施工示意图注浆小导管管头为25°～30°的锥体,管长3～5m,其中端头花管长2.0～2.5m，花管部分钻有ø6～ø10的孔眼,每排2个孔,交叉排列,间距10～20cm之间。小导管结构如图2所示。图2小导管结构示意图注浆材料及配合比应根据地质条件和施工要求,通过现场实验确定。水泥浆或水泥-水玻璃浆液。主要使用渗透系数大于10-4cm/s的填土层、砂土层和夹砂的黏土层;对于大于10-5cm/s的细砂层可采用化学浆液(聚氨酯类、丙烯酰胺类)。在北京砂性土中曾采用过水泥-水玻璃双液浆,水灰比控制在0.8:1～⒈1,水玻璃浓35～40Be,水泥浆与水玻璃浆的体积比为1:0.6～⒈1,凝胶时间在1min左右。经过注浆,在浆液扩散范围内,砂石均被胶结,7d抗压强度可达到0.5～1.5MPa。控制注浆压力是这项作业的又一重要技术环节,应根据地质条件、周围建筑物情况及施工要求,通过现场试验确定,一般控制在0.3～0.5MPa之间。2.开挖面深孔注浆在含水砂层、软塑或流塑状黏土、淤泥质地层中,因注浆小导管加固范围有限，掌子面地层不稳，故一般采用开挖面深孔注浆。一次注浆长度10～15m，注浆孔间距0.5～1.0m,注浆压力0.7～2.0MPa,如图3所示。水泥浆的配合比及注浆压力通过现场试验确定,其工艺流程如图4所示。图3开挖面深孔注浆孔布置示意图图4深孔注浆工艺流程框图注浆量应根据地层孔隙率确定。一般可按照下列公式计算式中：Q——浆液注浆量（m3）；R——浆液有效扩散半径（m）；H——注浆段长度（m）；——土体空隙率（或岩体裂隙率）（%），对于土、砂土，取30%～60%；——浆液充填率，=0.3～0.9，对于、砂土，取0.3～0.5；——超耗系数（含超注量、冒浆、损耗等），取1.2～1.5。3.管棚超前支护当地铁通过自稳能力很差的地层，或地表通过车辆荷载过大，威胁施工安全，或临近有重要建筑物,为防止由于地铁施工造成超量的不均匀下沉，往往采用管棚法。其基本机理是在隧道开挖之前，沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道轴线成1°～3°夹角钻孔,插人钢管(直径70～150mm),再从插入的钢管内压注填充水泥浆或水泥砂浆,来增加钢管的承载力及刚度,并对管周围的岩体进行加固,使得钢管和围岩一体化,由管棚和围岩构成的支撑体系减小围岩下沉。任务10台阶法施工一、任务描述工程背景：“新建重庆至利川客运专线”隧道工程概况和地勘资料。根据地质条件，选用合适的台阶法。根据台阶法施工作业指导书，编写台阶法施工方案技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.能够根据工程所处的地质条件等因素,选择不同的台阶法施工;2.能指导台阶法施工;3.能够独立完成台阶法施工工序技术交底书的编写。1.熟悉台阶法适用范围;2.掌握隧道通风方案的制定;3.掌握台阶法开挖工艺;4.掌握开挖时注意事项。三、建议学时建议4学时。四、学习资讯《新建重庆至利川客运专线隧道施工图》、《铁路隧道工程施工技术指南》和“新建重庆至利川客运专线台阶法施工作业指导书”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“新建重庆至利川客运专线台阶法施工作业指导书”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“新建重庆至利川客运专线”隧道工程概况和地勘资料；第二步：介绍不同台阶法的施工工艺；第三步：以“新建重庆至利川客运专线台阶法施工作业指导书”为例，讲解超前小导管施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据地质条件，选用合适的台阶法。根据台阶法施工作业指导书，编写台阶法施工方案技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思编制台阶法施工方案是一个难点，学生应该加强对不同台阶法的适用范围及施工要点的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制台阶法施工技术交底书，提高学生的分析问题和解决问题的能力。八、知识准备1.工艺概述台阶开挖是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工工艺。2.适用条件1）在Ⅲ～Ⅳ级围岩铁路客运双线隧道施工时采用台阶法。2）台阶长度必须根据隧道断面跨度、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求、上部施工所需空间大小等因素来确定，如围岩较差，台阶长度可缩短宜为5m左右。如采用三级台阶法，第一个台阶高度为2.5m。3.作业内容1.施工测量，2.多功能台架就位，3.钻孔，4.装药，5.起爆，6.通风，7.出渣，8.支护。4.质量检验标准1）隧道开挖断面的中线和高程必须符合施工图要求。（1）检查数量：每一开挖循环检查一次；（2）检查方法：采用仪器测量。2）隧道开挖必须严格控制欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌必须小于5cm。拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。（1）检查数量：每一开挖循环检查一次；（2）检查方法：采用自动断面仪等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与施工图断面核对。3）洞身开挖必须核对地质。在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙的结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对施工图地质情况，判断围岩稳定性。4）光面爆破或预裂爆破钻孔眼，必须根据钻爆设计图准确标示出钻孔位置。钻孔时必须按钻爆设计要求严格控制钻孔的间距、深度和角度。掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角必需符合钻爆设计要求，孔底不得超过开挖断面轮廓线15cm。（1）检查数量：每一开挖循环检查全部掏槽眼和10％周边眼；（2）检查方法：测量。5）光面爆破的钻孔痕迹保存率。硬岩不得小于80％，中硬岩不得小于60％，并在开挖轮廓面上均匀分布。（1）检查数量：每一爆破开挖循环检查一次；（2）检查方法：对照钻爆设计资料，观察、计数检验钻孔痕迹保存率。5.施工安环及环境保护1）施工安全（1）开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估，编制安全管理实施方案，并制定相应的应急措施方案；（2）施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专用施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401）；（3）施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格后方能上岗在推广新技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；（4）进洞人员必须戴好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关人员进洞；（5）开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；（6）爆破后应检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；（7）开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理；（8）开挖工作面与衬砌的距离必须在确保施工安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定；（9）开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全；（10）施工作业地段的出渣车辆行车速度不得大于15km/h，成洞地段不得大于25km/h；在衬砌模板台车等狭窄地段必须设置减速和警示标识；（11）出渣时间洞内必须加强通风，保证洞内清晰，并且使洞内环境必须符合职业健康标准。2）环境保护（1）合理布置场地。各项临时设施必须符合规定标准，做到场地整洁、道路平顺、排水畅通、标志醒目、生产环境达到标准作业要求。（2）施工现场坚持工完料清，垃圾杂物集中整齐堆放，及时处理。施工废水严禁任意排放，严格按照招标文件要求经处理后达标排放。（3）弃土不得随意堆放，须运至指定的弃土场。（4）施工中采取有效措施，保护环境，爆破时采用控制爆破，不影响临近建筑物及其它设施正常安全使用。（5）合理布置施工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，少占或不占耕地，尽量不破坏原有植被，不随意砍伐树木，并在其周围植草或植树绿化，创建美好环境。（6）施工期间生产场地和生活区修建必要的临时排水渠道，污水经处理后，与永久性排水设施相接，不至引起渠道淤积冲刷。（7）对弃碴场基层清除的土层和基坑开挖的土石方集中堆放，避免被水冲刷，污染河流。任务11分部开挖法施工一、任务描述工程背景：“马家坡隧道”工程概况和地勘资料。根据地质条件，选用合适的分部开挖法。根据CD法施工作业指导书，编写CD法施工方案技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.能够根据工程所处的地质条件等因素,选择不同的分部开挖法施工;2.能指导分部开挖法施工;3.能够独立完成分部开挖法施工工序技术交底书的编写。1.熟悉分部开挖法适用范围;2.掌握分部开挖法开挖工艺;3.掌握开挖时注意事项;4.熟悉隧道开挖过程中的通风方案。三、建议学时建议4学时。四、学习资讯《马家坡隧道施工图》、《铁路隧道工程施工技术指南》和“马家坡隧道开挖CD法施工方案”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“马家坡隧道开挖CD法施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“马家坡隧道”工程概况和地勘资料；第二步：介绍分部开挖法法的适用范围和施工工艺；第三步：以“马家坡隧道开挖CD法施工方案”为例，讲解CD法施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据地质条件，选用合适的分部开挖法；根据CD法施工作业指导书，编写CD法施工方案技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思编制分部开挖法施工方案是一个难点，学生应该加强对不同分部开挖法的适用范围及施工要点的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制分部开挖法施工技术交底书，提高学生的分析问题和解决问题的能力。八、知识准备1.环形开挖留核心土法（图1）（1）环形开挖进尺宜为0.5-1.0m，核心土面积应不小于整个断面面积的50%（2）开挖后应及时施工喷锚支护、安装钢架支撑，相邻钢架必须用钢筋连接（纵向连接钢筋），并应按施工要求设计施工锁角锚杆。（3）围岩地质条件差，自稳时间短时，开挖前应按设计要求进行超前支护。（4）核心土与下台阶开挖应再上台阶支护完成后、喷射混凝土达到设计强度的70%图1环形开挖留核心土法图1中隔壁法（CD法）2.中隔壁法（CD法，图2））CD法是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（Ⅳ级围岩）地段。3.交叉中隔壁法（CRD法，图3）图3中隔壁法（CD法）在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。采用短台阶法难确保掌子面的稳定时，宜采用分部尺寸小的CRD法，该工法对控制变形是比较有利的。

CD法是“CenterDiaphragm”的简称，而CRD法则是“CrossDiaphragm”的简称。两者既有联系又有区别。它们都用于比较软弱地层中而且是大断面隧道的场合。而前者是在用钢支撑和喷混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法；后者则是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法，是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法。因此，CRD法与CD法唯一的区别是在施工过程中每一步，都要求用临时仰拱封闭断面。

在CRD法或CD法中，一个关键问题是拆除中壁。一般说，中壁拆除时期应在全断面闭合后，各断面的位移充分稳定后，才能拆除。4.双侧壁导坑法（图4）图4中隔壁法（CD法）（1）侧壁导坑开挖后方可进行下一步开挖。地质条件差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱。（2）各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺。（3）应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后在进行另一侧开挖。（4）左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15米。（5）当开挖形成全断面时应及时完成全断面初期支护闭合。

（6）中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。任务12初期支护施工一、任务描述工程背景：“大川隧道”工程概况和地勘资料。根据地质条件，选用合适的初期支护参数。根据初期支护施工方案，编写初期支护施工方案技术交底书。二、学习目标能力（技能）目标知识目标1.能够根据工程所处的地质条件等因素,选择合适的初期支护参数;2.能具有结合案例中工程实际情况会进行初期支护施工的能力；3.能够独立完成初期支护施工工序技术交底书的编写。1.了解全长粘结式锚杆技术;2.熟悉混合喷射混凝土支护技术;3.熟悉端头锚固式锚杆支护技术;4.掌握干喷潮喷混凝土支护技术;5.掌握湿喷混凝土支护技术;6.了解混合式锚杆支护技术。三、建议学时建议4学时。四、学习资讯《大川隧道施工图》、《铁路隧道工程施工技术指南》、《轨道交通隧道工程验收标准》和“大川隧道初期支护施工方案”。五、教学组织1.方法描述采用案例讲解法和任务驱动法，以“大川隧道初期支护施工方案”为例。2.实施步骤第一步：提出工程背景资料：“大川隧道”工程概况和地勘资料；第二步：介绍初期支护的参数选取、锚杆技术和喷混凝土支护技术；第三步：以“大川隧道初期支护施工方案”为例，讲解隧道初期支护施工方案的组成和编制。第四步：布置任务，学生分组，根据地质条件，选用合适的初期支护参数；根据初期支护施工方案，编写初期支护施工方案技术交底书。第五步：成绩评定。第六步：问题分析，总结知识要点。六、考核评价见课程整体设计中的“表1-5学习任务考核评价表”和“表1-6项目考核权重表”。七、总结反思编制隧道初期支护施工方案是一个难点，学生应该加强对不同支护材料的性能和初期支护施工要点的学习，教师在案例讲解过程中要细致全面。通过编制初期支护施工技术交底书，提高学生的分析问题和解决问题的能力。八、知识准备1.概述1）初期支护的基本概念隧道是围岩与支护结构的综合体。隧道开挖破坏了地层的初始应力平衡,产生围岩应力释放和洞室变形,过量变形将导致围岩松动甚至坍塌。在开挖后的洞室周边,施作钢、混凝土等支撑物,向洞室周边提供抗力、控制围岩变形,这种开挖后隧道内的支撑体系，称为隧道支护。为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，称为初期支护。初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等及其它们的组合组成，它是隧道工程中最常用的支护形式和方法。初期支护施作后即称为永久性承载结构的一部分，它与围岩共同构成了永久性的隧道结构承载体。在这点上，初期支护不同于传统施工方法中采用的钢木构件支撑。构件在模筑整体式衬砌时，通常应予以拆除，即不作为永久承载构件，称为临时支撑。2）锚喷支护工程的特点锚喷支护较传统的构什支撑,无论在施工工艺和作用机理上都有如下特点。（1）灵活性（2）及时性（3）密贴性（4）深入性（5）柔性（6）封闭性2.锚杆1）锚杆的支护效应锚杆(索)是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。使用某些机械装置和黏结介质,通过一定的施工操作,将其安设在地下工程的围岩或其他工程结构体中。锚杆(索)支护作为一种新的支护手段,它在技术、经济方面的优越性和能适应不同地质条件的性质,使其在建筑领域尤其是地下工程中得到广泛应用和迅速发展。锚杆的支护效应一般认为有如下几种。（1）支承围岩锚杆能限制约束围岩变形,并向围岩施加压力,从而使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态,因而能制止围岩强度的恶化。如图1所示。图1围岩图2围岩加固带（2）加固围岩由于系统锚杆的加固作用,使围岩中,尤其是松动区中的节理裂隙、破裂面得以连接,因而增大了锚固区围岩的强度(即、值);锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十分有效的,有助于裂隙岩体和松动区形成整体,成为加固带(见图2)。（3）提高层间摩阻力,形成“组合梁”对于水平或缓倾斜的层状围岩,用锚杆群能把数层岩层连在一起,增大层间摩阻力,从结构力学观点来看就是形成“组合梁”(见图3)。图3锚杆作用原理（4）“悬吊”作用“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落,用锚杆将其稳定围岩连接起来,这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体(见图4)。图4锚杆的悬吊作用示意图2）锚杆的种类及各自的设计施工要点锚杆的种类很多,若按其与被支护体的锚固形式来分,大致可分为以下几种:3）锚杆的长度锚杆长度、间排距是锚杆工程设计必须确定的主要参数,是锚杆布置的主要问题。一般应首先确定锚杆长度,然后确定间排距。国内外对锚杆长度进行过大量研究,各国、各行业都有选择锚杆长度的规定。表1砂浆锚杆长度经验数据表注:B为地铁车站跨度。4）锚杆间距和布置锚杆长度、间排距是锚杆加固工程设计的主要参数,是锚杆布置研罕的主要问题。我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定,锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2,以有利于相邻锚杆共同作用。新奥法对锚杆布置的设计,从支护应使围岩形成自承拱出发,锚杆间距规定为：硬岩的锚杆间距取1.5m;中硬岩的锚杆间距取2.0～3.Om；软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取1.0～0.8m;膨胀性地层的锚杆间距取1.0～0.8m。3.喷射混凝土1）喷混凝土的作用（1）支撑围岩（2）“卸载”作用（3）填平补强围岩（4）覆盖围岩表面（5）阻止围岩松动（6）分配外力2）喷射工艺种类喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。3）素喷混凝土施工要点和注意事项（1）喷射时应分段(不超过6m)、分部(先下后上)、分块(2.0m×2.Om),严格按先墙后拱,先下后上的顺序进行，减少混凝土因重力作用而引起的滑动或脱落现象发生。（2）喷射时可以采用S形往返移动煎迸,也可以采用螺旋形移动前进。（3）喷射时喷嘴要垂直于受喷面,倾斜角不大于10°,距离0.8～1.2m。（4）对于岩面凹陷处应先喷多喷,凸出处应后喷少喷。（5）喷射时一次喷射厚度不得太薄或太厚,它主要与混凝土的黏结力和受喷部位及回弹情况等有关。（6）若设计喷射混凝土较厚,应分层喷射,一般分2～3层喷射；分层喷射的间隔时间不得太短,一般要在初喷混凝土终凝以后再进行复喷；喷射混凝土的终凝时间受水泥品种、施工温度、速凝剂类型及掺量等因素影响。间隔时间较长时,复喷应将初喷混凝土表面清洗干净,复喷应将凹陷处进一步找平。（7）喷射混凝土的养护应在其终凝1～2h后进行水养护,养护时间一般不少于7。（8）冬季施工时喷射混凝土作业区的气温不得低于5℃；若气温低于5℃,亦不得洒水;混凝土强度未达到设计强度的50%时,若气温降低到5℃以下,则应注意采取保温防冻措施。（9）回弹物料的利用。实测表明,采用干法喷射混凝土时,一般边墙的回弹率为1O%～20%,拱部为20%～35%,回弹量相当大。除应设法减少回弹外,尚应将回弹物料回收利用。及时回收的洁净而尚未凝结的回弹物,可以按一定比例掺人混合料中重新搅拌后喷射,但掺量不宜大于15%,且不宜用于喷射拱部;回弹物的另一处理途径是掺进普通混凝土中,但掺量也应加以控制。4.钢拱架无论是采用喷射混凝土还是锚杆(抑或是加长、加密锚杆)或是在混凝土中加入钢筋网、钢纤维,都主要是利用其柔性和韧性,而对其整体刚度并未过多要求。这对支护不太破碎的围岩使其稳定是可行的。但当围岩软弱破碎严重、其自稳性差时,开挖后要求早期支护具有较大妁刚度,以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载。钢拱架就具有这样的力学性能。1）构造组成钢拱架可以采用型钢、工字钢、钢管或钢筋制成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多,如图5所示。2）性能特点①钢拱架的整体刚度较大,可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。图5钢拱架构造②钢拱架可以很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合,构成联合支护,增强支护的有效性,且受力条件较好。尤以格栅钢架结合最好,其格栅拱架断面形式如图6所示。图6格栅拱架断面形式③